第3章 逻辑门电路课件

1、上海第二工业大学上海第二工业大学3 逻辑门电路逻辑门电路3 逻辑门电路逻辑门电路3.1 MOS逻辑门电路逻辑门电路3.2 TTL逻辑门电路逻辑门电路*3.3 射极耦合逻辑门电路射极耦合逻辑门电路*3.4 砷化镓逻辑门电路砷化镓逻辑门电路3.5 逻辑描述中的几个问题逻辑描述中的几个问题3.6 逻辑门电路使用中的几个实际问题逻辑门电路使用中的几个实际问题* 3.7 用用VerilogHDL描述逻辑门电路描述逻辑门电路教学基本要求：教学基本要求：1、了解了解半导体器件的开关特性。半导体器件的开关特性。2、了解了解基本逻辑门（与、或、与非、或非、异或门）、基本逻辑门（与、或、与非、或非、异或门）、三态

2、门、三态门、OD门（门（OC门）和传输门的逻辑功能。门）和传输门的逻辑功能。3、学会学会门电路逻辑功能分析方法。门电路逻辑功能分析方法。4、了解了解逻辑门的主要参数逻辑门的主要参数3. 逻辑门电路逻辑门电路上海第二工业大学上海第二工业大学3.1 MOS逻辑门3.1 MOS逻辑门逻辑门3.1.1 数字集成电路简介数字集成电路简介3.1.2 逻辑门的一般特性逻辑门的一般特性3.1.3 MOS开关开关及其等效电路及其等效电路3.1.4 CMOS反相器反相器3.1.5 CMOS逻辑门电路逻辑门电路3.1.6 CMOS漏极开路门和三态输出漏极开路门和三态输出门电路门电路3.1.7 CMOS传输门传输门3

3、.1.8 CMOS逻辑门电路的技术参数逻辑门电路的技术参数1 、逻辑门逻辑门: :实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的单元电路。实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的单元电路。2、 逻辑门电路的逻辑门电路的分类分类二极管门电路二极管门电路三极管门电路三极管门电路TTL门电路门电路MOS门电路门电路PMOS门门CMOS门门逻辑门电路逻辑门电路分立门电路分立门电路集成门电路集成门电路NMOS门门3.1.1 数字集成电路简介数字集成电路简介1.CMOS集成电路集成电路: :广泛应用于超大规模、甚大规模集成电路广泛应用于超大规模、甚大规模集成电路 4000 4000系列系列74HC 74HCT74VHC 74V

4、HCT速度慢速度慢与与TTL不不兼容兼容抗干扰抗干扰功耗低功耗低74LVC 74VAUC速度加快速度加快与与TTL兼容兼容负载能力强负载能力强抗干扰抗干扰功耗低功耗低速度两倍于速度两倍于74HC与与TTL兼容兼容负载能力强负载能力强抗干扰抗干扰功耗低功耗低低低( (超低超低) )电压电压速度更加快速度更加快与与TTL兼容兼容负载能力强负载能力强抗干扰功耗低抗干扰功耗低 7474系列系列74LS系列系列74AS系列系列 74ALS2.TTL 集成电路集成电路: :广泛应用于中大规模集成电路广泛应用于中大规模集成电路3.1.1 数字集成电路简介数字集成电路简介3.1.2 逻辑门电路的一般特性逻辑门

5、电路的一般特性1. 1. 输输出出的高、低电平的高、低电平 vO vI驱动门驱动门G1 负载门负载门G2 1 1 输出高电平的下限值输出高电平的下限值 VOH(min)输出低电平的上限值输出低电平的上限值 VOH(max)输出输出高电平高电平+VDD VOH(min)VOL(max) 0 G1门门vO范围范围 vO 输出输出低电平低电平 一般：一般：UOH 2.4V UOL 0.4V 便认为合格。便认为合格。 典型值典型值UOH=3.4V UOL=0.3V 3.1.2 逻辑门电路的一般特性逻辑门电路的一般特性2. 2. 输输入入的高、低电平的高、低电平 vO vI驱动门驱动门G1 负载门负载门

6、G2 1 1 输入低电平的上限值输入低电平的上限值 VIL(max)输入高电平的下限值输入高电平的下限值 VIL(min)输出输出高电平高电平+VDD VOH(min)VOL(max) 0 G1门门vO范围范围 vO 输出输出低电平低电平 输入输入高电平高电平VIH(min) VIL(max ) +VDD 0 G2门门vI范围范围 输入输入低电平低电平 vI 阈值电压阈值电压UTuiUT时，时， 认为认为ui是高电平。是高电平。典型值：典型值：UT =1.4VVNH 当前级门输出高电平的最小值当前级门输出高电平的最小值时时允许负向噪声电压的最大值允许负向噪声电压的最大值。负载门输入高电平时的噪

7、声容限：负载门输入高电平时的噪声容限：VNL 当前级门输出低电平的最大值当前级门输出低电平的最大值时时允许正向噪声电压的最大值允许正向噪声电压的最大值负载门输入低电平时的噪声容限负载门输入低电平时的噪声容限：3. 噪声容限噪声容限 （抗干扰能力）（抗干扰能力）VNH =VOH(min)VIH(min) VNL =VIL(max)VOL(max) 在保证输出电平不变的条件下，输入电平允许波动的范围。在保证输出电平不变的条件下，输入电平允许波动的范围。它表示门电路的抗干扰能力它表示门电路的抗干扰能力 1 驱动门驱动门 vo1 负载门负载门 vI噪声噪声 tui0tuo050%50%tpHLtpLH

8、)(pLHpHLpttt21典型值：典型值：3 10 ns1uiuo4.4.传输延迟时间传输延迟时间表征门电路开关速度的参数表征门电路开关速度的参数类型类型参数参数74HCVDD=5V74HCTVDD=5V74LVCVDD=3.3V74AUCVDD=1.8VtPLH或或tPHL(ns)782.10.95. 5. 功耗功耗静态功耗：静态功耗：指的是当电路没有状态转换时的功耗，即门电路空载时指的是当电路没有状态转换时的功耗，即门电路空载时电源总电流电源总电流ID与电源电压与电源电压VDD的乘积。的乘积。6. 6. 延时延时 功耗积功耗积是速度功耗综合性的指标是速度功耗综合性的指标. .延时延时 功

9、耗积功耗积，用符号，用符号DP表示表示扇入数：扇入数：取决于逻辑门的输入端的个数。取决于逻辑门的输入端的个数。7. 7. 扇入与扇出数扇入与扇出数动态功耗：动态功耗：指的是电路在输出状态转换时的功耗，指的是电路在输出状态转换时的功耗，对于对于TTL门电路来说，静态功耗是主要的。门电路来说，静态功耗是主要的。CMOS电路的静态功耗非常低，电路的静态功耗非常低，CMOS门电路有动态功耗门电路有动态功耗扇出数：扇出数：是指其在正常工作情况下，所能带同类门电路的最大数目。是指其在正常工作情况下，所能带同类门电路的最大数目。（a)a)带拉电流负载带拉电流负载( (输出高电平负载输出高电平负载) ) 当负

10、载门的个数增加时，总的拉电流将增加，会引起输出高当负载门的个数增加时，总的拉电流将增加，会引起输出高电压的降低。但不得低于输出高电平的下限值，这就限制了负载电压的降低。但不得低于输出高电平的下限值，这就限制了负载门的个数。门的个数。)(I)(IN负负载载门门驱驱动动门门IHOHOH 高电平高电平扇出数扇出数:IOH : :驱动门的输出端为高电平电流驱动门的输出端为高电平电流IIH : :负载门的输入电流为负载门的输入电流为。(b)带灌电流负载带灌电流负载(输出低电平负载输出低电平负载)(I)(IN负负载载门门驱驱动动门门ILOLOL 当负载门的个数增加时，总的灌电流当负载门的个数增加时，总的灌

11、电流IOL将增加，同时也将引起将增加，同时也将引起输出低电压输出低电压VOL的升高。当输出为低电平，并且保证不超过输的升高。当输出为低电平，并且保证不超过输出低电平的上限值。出低电平的上限值。IOL ：驱动门的输出端为低电平电流：驱动门的输出端为低电平电流IIL ：负载门输入端电流之和：负载门输入端电流之和电路类型电路类型电源电电源电压压/V传输延传输延迟时间迟时间/ns静态功耗静态功耗/mW功耗延迟积功耗延迟积/mW-ns直流噪声容限直流噪声容限输出逻输出逻辑摆幅辑摆幅/VVNL/VVNH/VTTLCT54/74510151501.22.23.5CT54LS/74LS57.52150.40.

12、53.5HTL158530255077.513ECLCE10K系列系列5.2225500.155 0.1250.8CE100K系列系列4.50.7540300.135 0.1300.8CMOSVDD=5V5455103225 1032.23.45VDD=15V151215103180 1036.59.015高速高速CMOS5811038 1031.01.55各类数字集成电路主要性能参数的比较各类数字集成电路主要性能参数的比较3.1.3 MOS开关及其等效电路开关及其等效电路o单极型单极型MOS(Metal Oxide Semiconductor)集成电路分集成电路分PMOS、NMOS和和CMO

13、S三种。三种。oNMOS电气性能较好，工艺较简单，适合制作高性能的电气性能较好，工艺较简单，适合制作高性能的存储器、微处理器等大规模集成电路。存储器、微处理器等大规模集成电路。o而由而由NMOS和和PMOS构成的互补型构成的互补型CMOS电路以其性能好、电路以其性能好、功耗低等显著特点，得到愈来愈广泛的应用。功耗低等显著特点，得到愈来愈广泛的应用。o主要介绍主要介绍CMOS门电路。门电路。3.1.3 MOS开关及其等效电路开关及其等效电路：MOS管工作在可变电阻区，输出低电平管工作在可变电阻区，输出低电平: : MOS管截止，管截止， 输出高电平输出高电平当当uGS= I VTdsgRd+VD

14、DvO3V3V4V4V5V5VNMOSNMOSsgdRd+VDDvOVTN = 2 VNMOSNMOS反相器反相器T1管为工作管管为工作管(驱动管、控制管驱动管、控制管)，T2管为负载管，故此管为负载管，故此电路称为有源负载反相器。电路称为有源负载反相器。T2管：管：VOHVOLVILVIHVDDT2T1vOvI饱和型饱和型NMOSNMOS反相器反相器GGDSSDVGD=VGS-VDS=0VT 故故T2管工作在饱和管工作在饱和区，区，T2管称饱和型负管称饱和型负载管，总是处于导通载管，总是处于导通状态。状态。NMOSNMOS反相器反相器T1管为工作管管为工作管(驱动管、控制管驱动管、控制管)，

15、T2管为负载管，故此管为负载管，故此电路称为有源负载反相器。电路称为有源负载反相器。 vI为高电平且为高电平且vIVT1时，时，T1、T2管管同时导通，输出电压同时导通，输出电压vO为两个管子的导为两个管子的导通电阻对通电阻对VDD的分压，即的分压，即vo=VDDRDS1/(RDS1+RDS2)。vI为高电平时，为高电平时，vO为低电平。为低电平。VDDT2T1vOvI饱和型饱和型NMOSNMOS反相器反相器GGDSSD 为了保证在为了保证在T1和和T2同时导通时满足同时导通时满足RDS1RDS2，制造时使，制造时使T1、T2在结构在结构上有不同的宽长比，即上有不同的宽长比，即W1/L1W2/

16、L2。NMOSNMOS反相器反相器T1管为工作管管为工作管(驱动管、控制管驱动管、控制管)，T2管为负载管，故此管为负载管，故此电路称为有源负载反相器。电路称为有源负载反相器。 当输入电压当输入电压vI为低电平时为低电平时(vIVT1)，T1管截止，输出为管截止，输出为高电平高电平(vO=VOH=VDD-VT2)。 VDDT2T1vOvI饱和型饱和型NMOSNMOS反相器反相器GGDSSDPMOSPMOS管的开关特性管的开关特性A=1，开关断开，开关断开A=0，开关闭合，开关闭合-VDDRDVIVOAGTSDF-VDDRDVI IVOGSDFA=1 1-VDDRDVI IVOGSDFA=0 0

17、PMOSPMOSVTP = 2 V3.1.4 CMOS 反相器反相器1.1.工作原理工作原理AL1+VDD+10VD1S1vivOTNTPD2S20V+10VvivGSNvGSPTNTPvO0 V 0V-10V截止截止导通导通 10 V10 V 10V 0V导通导通截止截止0 VVTN = 2 VVTP = 2 V逻辑图逻辑图AL 逻辑表达式逻辑表达式vi (A)0vO(L)1逻辑真值表逻辑真值表10)(TPTNDDVVV2. 电压电压传输特性和电流传输特性传输特性和电流传输特性)v(fvIO 电压传输特性电压传输特性+VDD+10VD1S1vivOTNTPD2S23.CMOS3.CMOS反相

18、器的工作速度反相器的工作速度在由于电路具有互补对称的性质，它的开通时间与关在由于电路具有互补对称的性质，它的开通时间与关闭时间是相等的。平均延迟时间：闭时间是相等的。平均延迟时间：10 ns。 带电容负载带电容负载A BTN1 TP1 TN2 TP2L0 00 11 01 1截止截止 导通导通 截止截止导通导通 导通导通导通导通导通导通截止截止截止截止导通导通截止截止截止截止截止截止 截止截止导通导通导通导通1110与非门与非门1.CMOS 1.CMOS 与非门与非门vA+VDD+10VTP1TN1TP2TN2ABLvBvLAB&(a)(a)电路结构电路结构(b)(b)工作原理工作原理

19、VTN = 2 VVTP = 2 V0V10VN输入的与非门的电路输入的与非门的电路?输入端增加有什么问题输入端增加有什么问题?3.1.5 CMOS 逻辑门逻辑门或非门或非门BAL 2.CMOS 2.CMOS 或非门或非门+VDD+10VTP1TN1TN2TP2ABLA B TN1 TP1 TN2 TP2L0 00 11 01 1截止截止 导通导通截止截止导通导通 导通导通导通导通导通导通截止截止截止截止导通导通截止截止截止截止截止截止截止截止导通导通导通导通1000AB10V10VVTN = 2 VVTP = 2 VN输入的或非门的电路的结构输入的或非门的电路的结构?输入端增加有什么问题输入

20、端增加有什么问题?3.3.输入保护电路和缓冲电路输入保护电路和缓冲电路采用缓冲电路能统一参数，使不同内部逻辑集成逻辑门电路采用缓冲电路能统一参数，使不同内部逻辑集成逻辑门电路具有相同的输入和输出特性。具有相同的输入和输出特性。基本逻辑功能电路基本逻辑功能电路 基本逻辑基本逻辑功能电路功能电路 输入保护缓冲电路输入保护缓冲电路 输出缓冲电路输出缓冲电路 vi vo （1 1）输入端保护电路）输入端保护电路: :(1) 0 vA VDD + vDF (3) vA vDF D1、D2截止截止D1导通导通, D2截止截止vG = VDD + vDFD2导通导通, D1截止截止 vG = vDFRS和和

21、MOS管的栅极电容组成积分网络管的栅极电容组成积分网络目的：目的：衰减过冲电压衰减过冲电压 D2 -分布式二极管分布式二极管(iD大大) VDD vI CN TP Rs D2 D1 TN CP vO 目的：目的：-0.7VvGiB0条件条件饱饱 和和放放 大大截截 止止工作状态工作状态 0 iB CSI CSI2. BJT的开关时间的开关时间从截止到导通从截止到导通开通时间开通时间ton(=td+tr)从导通到截止从导通到截止关闭时间关闭时间toff(= ts+tf) BJT饱和与截止两种状态的相饱和与截止两种状态的相互转换需要一定的时间才能完成。互转换需要一定的时间才能完成。 CL的充、放电

22、过程均需经的充、放电过程均需经历一定的时间，必然会增加输出历一定的时间，必然会增加输出电压电压 O波形的上升时间和下降时波形的上升时间和下降时间，导致基本的间，导致基本的BJT反相器的开反相器的开关速度不高。关速度不高。3.2.2基本基本BJT反相器的动态性能反相器的动态性能若带电容负载若带电容负载 故需设计有较快开关速度的故需设计有较快开关速度的实用型实用型TTL门电路。门电路。 输出级输出级T3、D、T4和和Rc4构构成推拉式的输出级。成推拉式的输出级。用于提高开关速度用于提高开关速度和带负载能力。和带负载能力。中间级中间级T2和电阻和电阻Rc2、Re2组成，从组成，从T2的集的集电结和发

23、射极同时电结和发射极同时输出两个相位相反输出两个相位相反的信号，作为的信号，作为T T3 3和和T T4 4输出级的驱动信输出级的驱动信号；号； Rb1 4k W Rc2 1.6k W Rc4 130 W T4 D T2 T1 + vI T3 + vO 负载 Re2 1K W VCC(5V) 输入级输入级 中间级中间级输出级输出级 3.2.3 TTL反相器的基本电路反相器的基本电路1. 电路组成电路组成输入级输入级T1和电阻和电阻Rb1组成。用于提高电组成。用于提高电路的开关速度路的开关速度2. TTL反相器的工作原理（逻辑关系、性能改善）反相器的工作原理（逻辑关系、性能改善） （1）当输入为

24、低电平（）当输入为低电平（ I = 0.2 V）2V.VV B2C10T1 深度饱和深度饱和V 3.6V 70705DBE4B4O ).(vvvvT2 、 T3截止截止T4 、D导通导通低电平低电平输入输入截止截止导通导通导通导通截止截止饱和饱和T4D4T3T2T1高电平高电平输出输出（2）当输入为高电平（）当输入为高电平（ I = 3.6 V） T2、T3饱和导通饱和导通 T1:倒置的放大状态。倒置的放大状态。 T4和和D截止。截止。使输出为低电平使输出为低电平.vO=vC3=VCES3=0.2V输入输入A输出输出L0110逻辑真值表逻辑真值表 逻辑表达式逻辑表达式 L = A 饱和饱和截止

25、截止T4低电平低电平截止截止截止截止饱和饱和倒置工作倒置工作高电平高电平高电平高电平导通导通导通导通截止截止饱和饱和低电平低电平输出输出D4T3T2T1输入输入（3 ）采用输入级以提高工作速度）采用输入级以提高工作速度 当当TTL反相器反相器 I由由3.6V变变0.2V的瞬间的瞬间 T2、T3管的状态变化滞管的状态变化滞后于后于T1管，仍处于导通管，仍处于导通状态。状态。T1管管Je正偏、正偏、Jc反偏，反偏， T1工作在放大状态。工作在放大状态。T1管射极电流（管射极电流（1+ 1 ） iB1很快地从很快地从T2的基区抽的基区抽走多余的存储电荷走多余的存储电荷,从而从而加速了输出由低电平到加

26、速了输出由低电平到高电平的转换。高电平的转换。 （4）采用推拉式输出级以提高开关速度和带负载能力）采用推拉式输出级以提高开关速度和带负载能力当当 O=0.2V时时 当输出为低电平时，当输出为低电平时，T4截止，截止，T3饱和导通，其饱饱和导通，其饱和电流全部用来驱动负载和电流全部用来驱动负载a)带负载能力带负载能力当当 O O= =3.6V时时 T T3 3截止，截止，T T4 4组成的电压组成的电压跟随器的输出电阻很小，跟随器的输出电阻很小，输出高电平稳定，带负载输出高电平稳定，带负载能力也较强。能力也较强。 O由低到高电平跳变的由低到高电平跳变的瞬间，瞬间，CL充电，其时间常数充电，其时间

27、常数很小使输出波形上升沿陡直。很小使输出波形上升沿陡直。而当而当 O由高变低后，由高变低后， CL很快很快放电，输出波形的下降沿也放电，输出波形的下降沿也很好。很好。输出端接负载输出端接负载电容电容CL时时，b)输出级对提高开关速度的作用输出级对提高开关速度的作用（4）采用推拉式输出级以提高开关速度和带负载能力）采用推拉式输出级以提高开关速度和带负载能力CLvO1. TTL与非门电路与非门电路多发射极多发射极BJT T1A B bc BAb cA& BALB3.2.4 TTL逻辑门电路逻辑门电路TTL与非门与非门电路的工作原理电路的工作原理 任一输入端为低电平时任一输入端为低电平时:

28、: 输出高电平输出高电平 TTL与非门各级工作状态与非门各级工作状态 IT1T2T4T5 O输入全为高电输入全为高电平平 (3.6V)倒置使用的放大倒置使用的放大状态状态饱和饱和截止截止饱和饱和低电平低电平（0.2V）输入有低电平输入有低电平 (0.2V)深饱和深饱和截止截止放大放大截止截止高电平高电平（3.6V）当全部输入端为高电平时：当全部输入端为高电平时： 输出低电平输出低电平2. TTL或非门或非门 若若A、B中有一个为高电平中有一个为高电平:若若A、B均为低电平均为低电平:T2A和和T2B均将截止，均将截止，T3截止。截止。 T4和和D饱和，饱和，输出为高电平。输出为高电平。T2A或

29、或T2B将饱和，将饱和，T3饱和，饱和，T4截止，截止，输出为低电平。输出为低电平。BAL 逻辑表达式逻辑表达式vOHvOL逻辑门输出级的损坏逻辑门输出级的损坏3.2.5 集电极开路门和三态门电路集电极开路门和三态门电路1.集电极开路门电路集电极开路门电路 VCC(5V) Rb1 4k Rc2 1.6k Rc4 130 T4 A B C T1 T2 D Re2 1k T3 VCC(5V) Rb1 4k Rc2 1.6k Rc4 130 T4 A B C T1 T2 D Re2 1k T3 a） 集电极开路与非门电路集电极开路与非门电路b） 使用时的外电路连接使用时的外电路连接VCC T1 Re

30、2 Rc2 Rc4 Rb1 T2 T3 T4 D A B L VCC T1 Re2 Rc2 Rb1 T2 T3 A B L VCC1.集电极开路门电路集电极开路门电路C C） 逻辑功能逻辑功能L = A BOC门输出端连接实现线与门输出端连接实现线与C D RP VDD L A B & & 1.集电极开路门电路集电极开路门电路2. 三态与非门三态与非门(TSL ) 当当EN= 3.6V时时EN数据输入端数据输入端输出端输出端LAB10010111011100三态与非门真值表三态与非门真值表 当当EN= 0.2V时时EN数据输入端数据输入端输出端输出端L LAB100101110

31、11100高阻高阻高电平高电平使能使能高阻状态高阻状态与非逻辑与非逻辑 ZL ABLEN = 0_EN =1真值表真值表逻辑符号逻辑符号ABEN & L EN74TTL系列命名规则系列命名规则，按四部分组成：，按四部分组成：（1）厂家器件型号前缀）厂家器件型号前缀（2）54/74族号族号（3）系列规格）系列规格（4）集成电路的功能编号）集成电路的功能编号例：例：HD74LS04CT74H04六反向器六反向器HITACHI器器件型号前缀件型号前缀六反向器六反向器1141AUccGND74LS041Y2A2Y3A3Y4Y4A5Y5A6Y6AAY0 1 1 074TTL系列引脚，系列引脚，有

32、三部分组成：有三部分组成：（1）电源正极）电源正极VCC(+5)，电源负极接地，电源负极接地GND(+0V)；（2）信号输入端）信号输入端（3）信号输出端）信号输出端1141AUccGND74LS041Y2A2Y3A3Y4Y4A5Y5A6Y6A集成电路的主要参数集成电路的主要参数VIH输入高电平IIH输入高电平时流入输入端的电流VIL输入低电平IIL输入低电平时流入输入端的电流VOH输出高电平IOH输出高电平时流入输出端的电流VOL输出低电平IOL输出低电平时流入输出端的电流VCC /VDD电源电压VGND /VSS电源负极NO扇出系数tpd传输延迟时间fcp最高工作频率特点特点: :功耗低、

33、速度快、驱动力强功耗低、速度快、驱动力强3.2.6 BiCMOS门电路门电路 I I=“1”=“1”MN、M1和和T2导通，导通，MP、M2和和T1截止，输出截止，输出 O O为低电平。为低电平。工作原理工作原理: :M1的导通的导通, , 迅速拉走迅速拉走T1的基区存储的基区存储电荷电荷; ; M2截止截止, , MN的输出电流全的输出电流全部作为部作为T2管的驱动电流管的驱动电流, , M1 、 M2加快输出状态的转换加快输出状态的转换采用采用BJTBJT管作为管作为CMOSCMOS电路输出级电路输出级 I I=“0”=“0”MP、M2和和T1导通，导通，MN、M1和和T2截止，输出截止，

34、输出 O O为高电平。为高电平。T2基区的存储电荷通过基区的存储电荷通过M2而消散。而消散。 M1 、 M2加快输出状态的转换加快输出状态的转换电电路的开关速度可得到改善路的开关速度可得到改善M1截止，截止，MP的输出的输出电流全部作为电流全部作为T1的驱动电流。的驱动电流。上海第二工业大学上海第二工业大学 *3.3 射极耦合逻辑门电路射极耦合逻辑门电路*3.4 砷化镓逻辑门电路砷化镓逻辑门电路上海第二工业大学上海第二工业大学3.5逻辑描述中的几个问题逻辑描述中的几个问题3.5.1 正负逻辑问题正负逻辑问题3.5 逻辑描述中的几个问题逻辑描述中的几个问题3.5.2 基本逻辑门的等效符号及其应用

35、基本逻辑门的等效符号及其应用3.5.1 正负逻辑问题正负逻辑问题1. 1. 正负逻辑的规定正负逻辑的规定 0 01 1 1 10 0正逻辑正逻辑负逻辑负逻辑3.5 逻辑描述中的几个问题逻辑描述中的几个问题正逻辑体制正逻辑体制: :将高电平用逻辑将高电平用逻辑1 1表示，低电平用逻辑表示，低电平用逻辑0 0表示表示负逻辑体制负逻辑体制: :将高电平用逻辑将高电平用逻辑0 0表示，低电平用逻辑表示，低电平用逻辑1 1表示表示 A B L 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 _与非门与非门A B L 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 某电路输入与输出电平表某电路输入与输出电

36、平表A B L L L H L H H H L H H H L 采用正逻辑采用正逻辑_或非门或非门采用负逻辑采用负逻辑与非与非 或非或非负逻辑负逻辑 正逻辑正逻辑2. 正负逻辑等效正负逻辑等效变换变换 与与 或或非非 非非3.5.2 基本逻辑门电路的等效符号及其应用基本逻辑门电路的等效符号及其应用1、 基本逻辑门电路的等效符号基本逻辑门电路的等效符号ABL LA B & B A 与非门及其等效符号与非门及其等效符号 B A BAL 1 系统输入信号中，有的是高电平有效，有的是低电平有效。系统输入信号中，有的是高电平有效，有的是低电平有效。低电平有效，输入端加小圆圈；高电平有效，输入端不

37、加低电平有效，输入端加小圆圈；高电平有效，输入端不加小圆圈。小圆圈。BA RE & 1 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 IC L EN AL G1 G2 控制电路控制电路REALL0 AL1 RE2、逻辑门等效符号强调低电平有效、逻辑门等效符号强调低电平有效L=0001上海第二工业大学上海第二工业大学3.6逻辑门电路使用中逻辑门电路使用中的几个实际问题的几个实际问题3.6 逻辑门电路使用中的几个实际问题逻辑门电路使用中的几个实际问题3.6.1 各种门电路之间的接口问题各种门电路之间的接口问题3.6.2 门电路带负载时的接口

38、问题门电路带负载时的接口问题 1) 1)电压：电压： 驱动器件的输出电压必须处在负载器件所要求的驱动器件的输出电压必须处在负载器件所要求的输入电压范围，包括高、低电压值（属于电压兼容性的问题）。输入电压范围，包括高、低电压值（属于电压兼容性的问题）。 在数字电路或系统的设计中，往往将在数字电路或系统的设计中，往往将TTL和和CMOS两种两种器件混合使用，以满足工作速度或者功耗指标的要求。器件混合使用，以满足工作速度或者功耗指标的要求。 2) 2)电流：电流： 驱动器件必须对负载器件提供足够大的拉电流和驱动器件必须对负载器件提供足够大的拉电流和灌灌电流电流（属于门电路的扇出数问题）。（属于门电路

39、的扇出数问题）。3.6.1 各种门电路之间的接口问题各种门电路之间的接口问题存在问题：存在问题：器件的电压和电流参数相同器件的电压和电流参数相同1 1、连接条件、连接条件满足驱动器件和负载器件以下两个条件：满足驱动器件和负载器件以下两个条件：vOvI驱动门驱动门 负载门负载门1 1 VOH(min)vO VOL (max) vI VIH(min)VIL (max ) 负载器件所要求的输入电压负载器件所要求的输入电压VOH(min) VIH(min)VOL(max) VIL(max)灌电流灌电流IILIOLIIL拉电流拉电流IIHIOHIIH101111n个个011101n个个对负载器件提供足够

40、大的拉电流和灌电流对负载器件提供足够大的拉电流和灌电流IOL(max) IIL(total)IOH(max) IIH(total)驱动电路必须能为负载电路提供足够的驱动电流驱动电路必须能为负载电路提供足够的驱动电流 驱动电路驱动电路 负载电路负载电路1、）、）VOH(min) VIH(min)2、）、）VOL(max) VIL(max)驱动电路必须能为负载电路提供合乎相应标准的高、低电平驱动电路必须能为负载电路提供合乎相应标准的高、低电平4、）、） IOL(max) IIL(total) IOH(max) IIH(total)3、）、）2、 CMOS门驱动门驱动TTL门门VOH（min)=4.

41、9V VOL(max) =0.1VTTL门（门（74系列）系列）：IOH（max)=-0.51mAIIH（max)=20 AVOH(min) VIH(min)VOL(max) VIL(max)带拉电流负载带拉电流负载输出、输入电压输出、输入电压带灌电流负载带灌电流负载?T3 VCC VDD T4 R1 R2 R3 T1 T2 CMOS门门(4000系列）：系列）：IOL（max)=0.51mAIIL（max)=-0.4mA，IOH(max) IIH(total)VIH(min) = 2V VIL(max )= 0.8V将将CMOSCMOS驱动门电路并联驱动门电路并联以提高带负载能力以提高带负载

42、能力 用用40004000系列系列CMOSCMOS电路驱动电路驱动7474系列系列TTLTTL电路方法电路方法 （1 1）、直接连接）、直接连接 无论负载门是无论负载门是7474系列系列TTLTTL电路还是电路还是74LS74LS系列系列TTLTTL电路，都可电路，都可以直接用以直接用74HC74HC或或74HCT74HCT系列系列 CMOSCMOS门驱动。门驱动。 如果负载门如果负载门74LS74LS只有一个，可直接用只有一个，可直接用40004000系列系列CMOSCMOS电路驱电路驱动动74LS74LS系列系列TTLTTL电路。电路。（2 2）、）、 将同一封装内的将同一封装内的CMOS

43、CMOS门并联使用门并联使用 以扩大输出低电平时以扩大输出低电平时的带负载能力，如图所示。的带负载能力，如图所示。 （3 3）、将）、将CMOSCMOS输出端增加一级输出端增加一级CMOSCMOS驱动器（如驱动器（如40104010、40107 40107 等），等），4010740107输出低电平时输出低电平时I IOLOL16mA,16mA,能驱动能驱动1010个个54/7454/74系列的系列的TTLTTL门。若找不到合适的驱动器，可用三极管放大器来门。若找不到合适的驱动器，可用三极管放大器来实现电流的扩展，如图所示。实现电流的扩展，如图所示。(a)(a)通过通过CMOSCMOS驱动器驱

44、动驱动器驱动TTLTTL电路电路(b)(b)通过电流放大器驱动通过电流放大器驱动TTLTTL电路电路例：例：用一个用一个74HC00与非门电路驱动一个与非门电路驱动一个74系列系列TTL反相器反相器和六个和六个74LS系列逻辑门电路。试验算此时的系列逻辑门电路。试验算此时的CMOS门电路是否门电路是否过载？过载？VOH（min)=3.84V， VOL(max) =0.33VIOH（max)=-4mAIOL（max)=4mA 74HC00：IIH（max)=0.04mAIIL（max)=1.6mA74系列：系列：VIH（min)=2V， VIL(max) =0.8V&111CMOS门门7

45、4系列系列74LS74LS系列系列74LS系列系列IIL（max)=-0.4mA，IIH（max)=0.02mA，VOH(min) VIH(min)VOL(max) VIL(max)总的输入电流总的输入电流IIL(total)=1.6mA+6 0.4mA=4mA灌电流情况灌电流情况 拉电流情况拉电流情况 74HC00: IOH(max)=4mA74系列反相器系列反相器: IIH(max)=0.04mA74LS门：门： IIH(max)=0.02mA总的输入电流总的输入电流IIH(total)=0.04mA+6 0.02mA=0.16mA 74HC00: IOL(max)=4mA74系列反相器系

46、列反相器: IIL(max)=1.6mA74LS门：门： IIL(max)=0.4mA驱动电路能为负载电路提供足够的驱动电流驱动电路能为负载电路提供足够的驱动电流&111CMOS门门 74系列系列74LS74LS系列系列3. 3. TTL门驱动门驱动CMOS门门(如如74HC ）VOH(min)= =2.7V VIH(min)为为3.5VTTL（74LS ） CMOS（7474HC）式式2、3、4、都能满足，、都能满足，但式但式1 1 VOH(min) VIH(min)不满足不满足 驱动电路驱动电路 负载电路负载电路1、）、）VOH(min) VIH(min)2、）、）VOL(max)

47、 VIL(max)4、）、） IOL(max) IIL(total) IOH(max) IIH(total)3、）、）设法将设法将TTLTTL电路输出的高电平提升到电路输出的高电平提升到3.5V3.5V以上。以上。可采取下列三种办法：可采取下列三种办法：当当TTLTTL电路的输出为高电平时，输出级的负载管和驱动管同时截止电路的输出为高电平时，输出级的负载管和驱动管同时截止(1) (1) 在在TTLTTL电路的输出端与电源之间接入上拉电阻电路的输出端与电源之间接入上拉电阻R RP P3. 3. TTL门驱动门驱动CMOS门门(如如74HC ）（ IO ：TTL输出级输出级T3截止管的漏电流）截止

48、管的漏电流）IHOOHn(IIRVVPDD 由于由于I IO O和和I IIHIH都很小，所以只要都很小，所以只要R RP P的阻值不是特别大，输出高的阻值不是特别大，输出高电平将被提升至电平将被提升至U UOHOHVVDDDD。 (2) (2) 当当CMOSCMOS电路采用的电源电压较高，使电路采用的电源电压较高，使U UIHIHminmin值超过值超过TTL TTL 输出级所能承受的电压时，例如输出级所能承受的电压时，例如V VDDDD=15V=15V，U UIHmIHminin会达到会达到11V11V，这时，这时应采用应采用OCOC门作驱动门（其输出级耐压可达门作驱动门（其输出级耐压可达30V30V）。）。OCOC门上拉电阻门上拉电阻应按规定正确选择。应按规定正确选择。3. 3. TTL门驱动门驱动CMOS门门(如如74HC ）VCC T1 Re2 Rc2 Rb1 T2 T3 A B L +VDDvOT4T5HRP (3) (3) 当当TTLTTL与与CMOSCMOS电源不同时，可采用具有电平转移作用于电源不同时，可采用具有电平转移作用于的专用芯片进行接口。的专用芯片进行接口。3. 3. TTL门驱动门驱动CMOS门门(如如74HC ） 如如4010940109，它有两个电源端，它有两个电源端，V VCCCC=5V